JP5224685B2 - 光電変換装置、その製造方法、撮像モジュール及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は光電変換装置に関する発明であり、特にその集光部とその製造方法に関する。

デジタルカメラやカムコーダに用いられる光電変換装置において、その小型化及び多画素化によって画素の微細化がなされている。それに伴って、その光電変換素子の受光部の面積が減少し、入射光量が少なくなるため、感度の低下が生じている。

この感度の低下を改善するために、光電変換装置の光入射面上にオンチップマイクロレンズを形成し、光を受光部へ集光して、感度の低下の抑制がなされている。更に近年、オンチップマイクロレンズと光電変換素子との間に、光の反射を利用する光導波路を形成する構造が知られている。

この様な光電変換装置における光導波路の製造方法は、一般的に、絶縁層に井戸状の掘り込みを行い、その井戸状の掘り込み部分を埋め込む工程を有する。この埋め込み部分に絶縁層に比べて屈折率の高い材料を埋め込み、高屈折率領域を形成する。そして、絶縁層とその高屈折率領域との屈折率差により、それらの界面において光が反射し、光電変換素子へ光を集める光導波路が形成される。

しかし、画素の微細化が進むにつれて、井戸状の掘り込み部分のアスペクト比が高くなり、埋め込み工程において井戸の内部にボイドが生じてしまう場合がある。

このような埋め込み工程における問題を解決する手段として、図７に示すような技術が特許文献１に記載されている。

この図７に示す光電変換装置において、１１はシリコン基板を、その基板１１に配されるフォトダイオードを１５にて示している。さらに、隣接するフォトダイオ−ド１５間に配されるフィールド絶縁膜を１２で示す。それらの上方には、層間絶縁膜２１と、その開口部を形成する際のエッチングを停止させるためのエッチングストップ層の働きを有するＳｉＮ膜１６が配されている。更に、その層間絶縁膜２１の開口部には、透明膜を埋め込んだ光導波路部２２が配されている。また、ゲート電極１７、導電性のプラグ１８Ａ及び１８Ｂ、配線１９Ａ及び１９Ｂがそれぞれ配されている。

この図７に示す光電変換装置では、層間絶縁膜２１に異なる大きさｗ１及びｗ２の開口部を形成した後に、透明膜の埋め込みを行っている。その層間絶縁膜２１の開口部の大きさは、その光の入射面側に向かって大きくなるように形成されているため、前述の問題となっていた埋め込み性を向上させることが可能となる。

また、集光部として、特許文献２に記載の図８（ｄ）に示すマイクロ集光板がある。図８では、８０１にて受光素子を、８０２にてフォトレジスト、８０３にて高屈折率領域を示している。その集光板の製造方法としては、受光素子８０１上に、ポリメチルメタクリレートをフォトレジスト８０２として塗布、パターニングし、熱を加えて図８（ｃ）のような形状に変形させる。高屈折率領域８０３として、ポリエチレンテレフタレートを塗布し、平坦化を行って、マイクロ集光板を形成する。
特開２００３−２２４２４９号 特開平０６−１１８２０８号

しかし、図７の入射光１１５のように、複数の光導波路２２において、層間絶縁膜２１の開口幅ｗ２と規定されている下部光導波路部分に入射できない場合があるため、感度が低下する場合が生じる。そのフォトダイオード１５に入射しない光は、光導波路２２と絶縁膜２１の界面を透過して配線１９やプラグ１８部分に入射し、反射されて、混色やノイズが生じる可能性がある。また、光導波路２２ではなく配線１９Ｂの上部に入射するような光は、配線１９Ｂや絶縁膜２１にて反射し、混色やノイズを生じる可能性がある。

更に、図８の光電変換装置においてより微細化がなされた場合には、配線層１９の配置によって、それら開口幅ｗ１とｗ２の差が大きくなることが考えられ、より入射する光の量が減少してしまう。

また、図８に示すマイクロ集光板では、微細化が進んだ場合において、図８（ｂ）に示すようなフォトレジストパターンのアスペクト比をより高くする必要がある。そのため、形成が困難となってしまう。さらに、特許文献２には、別の製造方法として金属めっきや金型によるマイクロ集光板の製造方法も示されているが、工程が煩雑である。加えて、光電変換装置に用いた場合には、金属汚染によって欠陥が生じ、ノイズが増加する、といった懸念がある。また、光電変換素子等から信号を読み出すための配線等の記載がない。したがって配線層と低屈折率領域、高屈折率領域との配置の関係に関しては更に検討の余地があった。

そこで、本発明においては、集光効率のよい光導波路を有する撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明の光電変換装置の製造方法は、複数の光電変換素子が配され、複数の絶縁層と複数の配線層とが上部に設けられた半導体基板を準備する工程と、前記光電変換素子に対応した開口部を前記複数の絶縁層に形成する工程と、前記開口部に前記複数の絶縁層よりも屈折率の高い高屈折率材料を有する光導波路を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法において、前記複数の絶縁層に前記開口部を形成する工程は、前記複数の絶縁層上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジストをパターニングしてフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをリフロー処理によって変形させる工程と、前記変形したフォトレジストパターンをマスクとして、前記複数の絶縁層の一部を選択的に除去する工程を有し、前記複数の絶縁層の一部を選択的に除去する工程は、前記開口部が、前記光電変換素子の受光面に垂直な方向の断面において、連続した曲線を有し、前記光電変換素子の受光面に平行な断面積が、前記光電変換素子の受光面から離れるに従って、増大し、前記断面積の増大の割合が連続的に大きくなるように、前記複数の絶縁層の一部が除去される。

光を効率的に取り込むことが可能となり、感度が向上した撮像装置を提供することが可能となる。

本発明にかかる光電変換装置は、半導体基板に配された複数の光電変換素子と、その基板上に層間絶縁層を介在させて配された複数の配線層とを有している。さらに、その層間絶縁層に光電変換素子に対応して配された開口部が配され、その開口部内に層間絶縁層に比べ屈折率が高い高屈折率領域を有している。このような光電変換装置において、その高屈折率領域の光電変換素子の受光面に平行な断面積が、光電変換素子の受光面から高屈折率領域の光の入射面へ向かい増大し、それに伴ってその増大の割合が連続的に大きくなる。

この様な形状の光導波路によると、その高屈折率領域の光電変換素子の受光面に平行な断面の面積が、高屈折率領域の光の入射面側で最大となるため入射光量を増大させることが可能となる。また、光導波路間に入射する光を低減することが可能となり、混色を抑制することが可能となる。

また、その断面積が連続的に増大し、それに伴ってその増加の割合が大きくなることで、層間絶縁層の光電変換素子の受光面に垂直な断面形状（光導波路の側壁）は、連続した曲線を有する。この様な側壁を有する光導波路の光入射面側においては、図７のような平らな部分がないため、入射光をより光電変換素子の受光面へ反射することが容易になる。また、斜め光が入射する場合においても、より光電変換素子の受光面へ反射することが可能となる。よって、特に斜め光の多い、明るいレンズと呼ばれるＦ値の低いレンズにおいては感度の低下を抑制することが可能となり、また、画素周辺部で光量の減少に伴う感度の低下も抑制できる。

また、この形状は層間絶縁層の開口部が光電変換素子側でより小さくなる形状であるため、層間絶縁層の間に形成される配線層の設計の自由度が向上する。その開口部の設計を行う場合には、好ましくは、最も光電変換素子側に配される配線層の設計を反映するとよい。この形状によって、さらに光電変換装置の微細化が進み、配線層の設計が困難になることなく、同時に、入射光に対しては、広い開口を有することが可能となる。ここで、配線層は、配線等の導電層であるが、遮光の機能を備えているパターン層でもよい。

また、本発明の製造方法は、複数の光電変換素子が配された半導体基板上に層間絶縁層を介して複数の配線層を形成する工程と、を有する。そして、光電変換素子に対応した開口部を層間絶縁層に形成する工程と、その開口部に層間絶縁層よりも屈折率の高い高屈折率材料を埋め込み、光導波路を形成する工程を有している。さらに、その開口部を形成する工程において、層間絶縁層上にフォトレジストを形成する工程と、開口部の位置にあわせてフォトレジストをパターニングしてフォトレジストパターンを形成する工程とを有する。そして、そのフォトレジストパターンをリフロー処理によって変形させる工程と、変形したフォトレジストパターンをマスクとして層間絶縁層の一部を選択的に除去し、開口部を形成する工程とを有することを特徴としている。

この方法によれば、特許文献２記載の製造方法に比べ、所望の形状を形成することが容易で、かつ精度よく形成できる。さらに微細化が進み、形状のアスペクト比が大きく成っていく場合においても、エッチング条件などの制御によって、精度よく所望の形状を形成することが可能となる。したがって、上述した高屈折率領域の光電変換素子の受光面に平行な断面の面積が、光電変換素子の受光面から絶縁層の光の入射面へ向かって、連続的に増大するような形状も、精度よく製造することもできる。

また、ここで、少なくとも光電変換素子の一部上に、層間絶縁層に比べてエッチング選択比の小さい材料からなる層を形成することで、光電変換素子が受けるエッチング工程におけるダメージを低減することが可能となる。

ここで、材料基板である半導体基板を「基板」と表現するが、以下のような材料基板が処理された場合も含む。例えば、１または、複数の半導体領域等が形成された状態の部材、または、一連の製造工程を途中にある部材、または、一連の製造工程を経た部材を基板と呼ぶこともできる。

また、「半導体基板上」とは、半導体基板の画素が形成された主表面上を表す。また、半導体基板の主表面から基板内部への方向を下方向とし、その逆を上方向とする。

（画素の回路構成）
図１１に光電変換装置における画素の回路構成の一例として、ＭＯＳ型光電変換装置を示す。各画素は、１１１０にて示される。

画素１１１０は、光電変換素子であるフォトダイオード１１００、転送トランジスタ１１０１、リセットトランジスタ１１０２、増幅トランジスタ１１０３、選択トランジスタ１１０４を含み構成される。ここで、電源線はＶｃｃ、出力線は１１０５にて示している。

フォトダイオード１１００は、そのアノードが接地線に接続され、そのカソードが転送トランジスタ１１０１のソースに接続されている。また、転送トランジスタのソースがフォトダイオードのカソードを兼ねることも可能である。

転送トランジスタ１１０１のドレインが転送領域であるフローティングディフュージョン（以下ＦＤ）を構成し、そのゲートが転送信号線に接続されている。更に、リセットトランジスタ１１０２は、そのドレインが電源線Ｖｃｃに接続され、そのソースがＦＤを構成し、そのゲートがリセット信号線に接続されている。

増幅トランジスタ１１０３は、そのドレインが電源線Ｖｃｃに接続され、そのソースが選択トランジスタ１１０４のドレインに接続され、そのゲートがＦＤに接続されている。選択トランジスタ１１０４は、そのドレインが増幅トランジスタ１１０３のソースに接続され、そのソースが出力線１１０５に接続され、そのゲートが垂直選択回路（不図示）によって駆動される垂直選択線に接続されている。

ここで示した回路構成は、本発明の全ての実施形態に適用可能であるが、例えば、転送トランジスタがない構成や複数画素でトランジスタを共有するような他の回路構成にも適用可能である。また、光電変換素子は、フォトダイオードを始め、フォトトランジスタ等も適用可能である。以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、先に述べたＭＯＳ型光電変換装置の、半導体基板に垂直方向の断面模式図である。

図１において、１０１は半導体基板、１０２は半導体基板に配された光電変換素子である。１０３は隣接する２つの光電変換素子１０２間に配された素子分離領域である。１２０は開口部を形成する際のエッチングを停止させるためのエッチングストップ層である。エッチングストップ層１２０は少なくとも光電変換素子上に配されていればよいが、本実施形態においては、半導体基板１０１上、全面に配されている。１０４は層間絶縁層である第１の絶縁層である。ＣＭＯＳ型光電変換装置の場合、ゲート電極が半導体基板上に形成されているが、ここでは省略している。

１０５は、配線層であり、第１の絶縁層１０４上に設けられている。１０６は層間絶縁層である第２の絶縁層であり、第１のパターン層１０５を覆うように配されている。１０７は配線層であり第２の絶縁層上に配されている。１０８は保護層であり、第２の配線層１０７上に配されている。

更に、光電変換素子１０２上にある第１及び第２の絶縁層１０４及び１０６から成る層間絶縁層の開口部に、それに比べて高い屈折率を有する１１０の高屈折率領域が設けられる。この高屈折率領域１１０と層間絶縁層との界面において光が反射する光導波路が形成される。ここで、保護層１０８に層間絶縁層と同等の屈折率を有する材料を用いた場合においては、保護層１０８と高屈折率領域１１０との界面において光を反射する光導波路を形成することが可能となる。

そして、保護層１０８上には、中間層１１１が設けられ、更に、カラーフィルタ層１１２、平坦化層１１３、マイクロレンズ１１４がこの順番に設けられている。ここで、この中間層１１１とは、平坦化層や反射防止膜、遮光膜などである。

次に、図１に示すＭＯＳ型光電変換装置の、半導体基板に平行及び垂直方向の断面模式図をそれぞれ図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す。

図２（Ａ）は、ＭＯＳ型光電変換装置の半導体基板に平行な面の模式的な投影図である。光電変換素子１０２の領域を点線にて示しており、１０５にて第１のパターンを、１０７にて第２のパターンを示している。この第２のパターン１０７は、その下の層が分かりやすいように、一部省略している部分がある。更に、１１０にて高屈折率領域を示す。さらに、図２（Ａ）のように、１０５及び１０７の間に配線層が配されていてもよい。この配線層は、図２（Ｂ）では現れていない。また、図２（Ａ）におけるａ‐ｂ線における断面模式図を図２（Ｂ）に示した。図１に示したカラーフィルタ層１１２等は省略している。

この図２（Ａ）に示す高屈折率領域１１０の光電変換素子の受光面に平行な断面は、光電変換素子１０２から層間絶縁層の光入射面に向かって連続的に大きくなる形状をとる。この形状によって、入射光量を増加させることが可能となる。

また、図２（Ｂ）に示す層間絶縁層の開口部の光電変換素子１０２の受光面に垂直な方向の断面、すなわち高屈折率領域１１０の側壁は、図中に示されるような連続した曲線を有している。図７のような形状に比べて、斜め入射光もより光電変換素子の受光面へ反射することが可能となり、集光効率が向上する。

更に、この様な形状によって、例えば、図１の図面のように、第２の配線層１０７に比べて第１の配線層１０５の方が高い配線密度を有する構成を取ることが可能となる。つまり、配線層、特に光電変換素子１０２側に形成される第１の配線層１０５の設計において、自由度が向上し、更なる微細化への対応が容易となる。

次に、本実施形態の光電変換装置の製造方法について、図３から図６を用いて説明する。図３（ａ）に示す、シリコンウエハ等からなる半導体基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法などにより素子分離領域１０３を形成する。そして、半導体基板１０１上に、フォトレジストパターンを形成し、イオン注入及び熱処理を行って、光電変換素子１０２を形成する。

次に、半導体基板１０１上にＣＶＤなどによりエッチングストップ層１２０を形成し、さらにＳｉＯまたはそれを主成分とする材料からなる第１の絶縁層１０４を形成する。ここで、第１の絶縁層１０４の表面をＣＭＰなどにより平坦化させておくと、次工程におけるパターニング精度を向上させることが可能となる。

第１の絶縁層１０４上に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｕ、またはこれらを主成分とする合金より成る金属層をスパッタリングなどにより形成し、パターニングすることによって、第１の配線層１０５を形成する。

次に、ＳｉＯまたはそれを主成分とする材料からなる第２の絶縁層１０６を、第１の絶縁層１０４及び、第１の配線層１０５の上に形成する。そして、第１の配線層と同様な方法で、第２の絶縁層１０６上に第２の配線層１０７を形成する。

ここで、第１及び第２の配線層１０５及び１０７は、光電変換素子１０２からの電気信号の伝達に用いる配線として機能する他、ある光電変換素子１０２に入射すべき光が、他の光電変換素子１０２に入射することを防ぐ遮光部としても機能する。

次に、図３（ｂ）にて示すように、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等にて構成される保護層１０８を形成する。図３（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）において、保護層１０８は凹凸部を有しているが、第２の配線層の形状を反映している様を強調して図示しているに過ぎなく、保護層１０８は、平坦となっていてもよい。

図４（ｃ）に示すように、その保護層１０８上に、光電変換素子１０２の直上を開口部とするためのエッチングマスクを形成する。まず、保護層１０８上に、フォトレジストパターン１０９を形成する。このフォトレジストパターン１０９は、図中にて保護層１０８の凸部の形状と一致しているが、先に述べたように、これは模式的に示したものであり、この形状や配置に限られるものでない。光電変換素子１０２に対応するように、適宜配置されればよい。その後、そのフォトレジストパターン１０９が図４（ｄ）に示すような形状になるように熱処理を行う。この熱処理によりリフローすることによって、フォトレジストパターン１０９は球の一部状や上に凸の丸みを帯びた形状、等の形状を有する。次に、図５（ｅ）に示すように、リフローさせたフォトレジストパターン１０９をエッチングマスクとして、光電変換素子１０２に向かってエッチングを進める。そして、エッチングストップ層１２０にてエッチングを停止させ、本実施形態の層間絶縁層の開口部、すなわち導波路の形状を得る。このエッチング条件は、層間絶縁層と比べエッチングストップ層１２０のエッチング選択比が小さくなるような条件である。つまり、エッチングストップ層１２０のエッチング速度は、層間絶縁層である第１及び第２の絶縁層１０４及び１０６のエッチング速度に対して、十分低くなっている。

この時、形成される層間絶縁層の開口部の形状は、エッチングマスクとして使用するリフローさせたフォトレジストパターン１０９の形状、エッチング条件、及び層間絶縁層とレジストのエッチング選択比にて制御することが可能である。よって、高アスペクト比の開口部分を制御よくエッチングすることが可能であり、所望の形状を得ることが可能となる。また、最も光電変換素子１０２に近接した開口部の面積、つまり光導波路の底部の面積は、光電変換素子１０２の受光部の面積よりも小さいことが望ましい。この構成によって、光導波路によって反射した光の入射効率が向上する。

次に、フォトレジストパターン１０９を除去し、層間絶縁層の開口部分に、高屈折率材料をＣＶＤによって埋め込み、高屈折率領域１１０を形成する。（図５（ｆ）から図６（ｇ）参照）
図６（ｈ）に示すように、プラズマエッチングを用いたエッチバックまたは、ＣＭＰによって、高屈折率領域１１０を平坦化する。平坦化を行うことによって、次の工程の形状を制御することが可能となる。また、ここで、光電変換素子１０２へのプラズマダメージによって、暗電流や画素欠陥が増大する場合があるため、平坦化にはプラズマによるダメージがないＣＭＰが好ましい。

なお、本実施形態においては、平坦化の終点を保護層１０８としたが、保護層１０８に達する前、高屈折率領域１１０の領域内で停止することも可能である。この場合には、図３（ｂ）において示す保護層１０８の工程を省略し、高屈折率領域１１０にて保護層を兼ねることも出来る。

最後に、図６（ｉ）のように、樹脂等である中間層１１１、カラーフィルタ層１１２、平坦化層１１３を順に形成し、マイクロレンズ１１４を形成する。

この本実施形態の形状の光導波路は、開口部が広く、集光効率が向上する。また、光導波路間に入射する光が、その保護層１０８や配線層、カラーフィルタ層１１２などで反射し隣接画素へ漏れこむことを低減することが可能となる。

さらに、この形状は、光電変換素子の受光面に平行な高屈折率領域の断面積が光電変換素子側で小さくなる形状であるため、層間絶縁層内に形成される配線層の設計の自由度が向上する。特に、光電変換素子側に形成される配線層の自由度を向上させることが可能である。よって、光電変換装置の微細化が進み配線層の形成のため光電変換素子側の開口が狭くなった場合においても、入射光に対しては広い開口を有することが可能となり、集光効率が向上する。

（第２の実施形態）
図１２は、光電変換装置の光電変換素子部分の断面模式図である。第１の実施形態と異なる部分は、保護層の構成である。本実施形態においては、第２の配線層１０７を覆って第３の絶縁層１１６が配され、その上部に例えば、ＳｉＮを有する保護層１１７が配されている。第３の絶縁層１１６は、例えば、ＳｉＯ層を有し、保護層１１７は、例えば、ＳｉＮ層を有する。このとき、高屈折率領域１１０と第３の絶縁層１１６との界面の屈折率差が大きいため、第２の配線層１０７よりも上部での光の反射が増加し、集光効率が向上する。さらに、第３の絶縁層１１６と高屈折率領域１１０の上部に保護層１１７が配される構成によって、保護層１１７が平らに形成される。また、保護層１１７が平坦であることによって、保護層１１７のＳｉＮ層によってなされる半導体基板への水素終端効果を均一に得ることが可能となる。

（撮像モジュールへの応用）
図９は、本発明の第１および第２の実施形態にて説明した光電変換装置を、携帯機器に用いられる撮像モジュールへ適用した場合の一例を示す構成図である。

セラミック等の基板９０７上に光電変換装置９００を設置し、封止するカバー部材９０４がある。この基板９０７は光電変換装置９００と電気的な接続がされている。光電変換装置９００上には、光を取り込む光学部分９０５と光学ローパスフフィルタ９０６が設置されている。更に、撮像レンズ９０２及びそれを固定する鏡筒部材９０１がカバー部材９０４を覆い基板９０７とよく封しされている。

本応用において、基板９０７上には、本発明の光電変換装置のみならず、撮像信号処理回路、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）やモジュール制御部が搭載されていてもよい。また、それらが光電変換装置と同一半導体基板（図１、１０１）上に、同一工程によって形成されていてもよい。

（撮像システムへの応用）
図１０は、本発明の第１および第２の実施形態にて説明した光電変換装置を撮像システムの一例であるデジタルカメラへ適用した場合のブロック図である。撮像システムには、他に、カムコーダなどがある。

光電変換装置である固体撮像素子１００４へ光を取り込むための構成として、シャッター１００１、撮像レンズ１００２、絞り１００３がある。シャッター１００１は固体撮像素子１００４への露出を制御し、入射した光は、撮像レンズ１００２によって固体撮像素子１００４に結像される。このとき、絞り１００３によって光量が制御される。

取り込まれた光に応じて固体撮像素子１００４から出力された信号は、撮像信号処理回路１００５にて処理され、Ａ／Ｄ変換器１００６によってアナログ信号からデジタル信号へ変換される。出力されたデジタル信号は、更に信号処理部１００７にて演算処理され撮像画像データが生成される。撮像画像データは、ユーザーの動作モードの設定に応じ、デジタルカメラに搭載されたメモリ１０１０への蓄積や、外部Ｉ／Ｆ部１０１３を通してコンピュータやプリンターなどの外部の機器への送信ができる。また、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１１を通して、デジタルカメラに着脱可能な記録媒体１０１２に撮像画像データを記録することも可能である。

固体撮像素子１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６、信号処理部１００７はタイミング発生部１００８により制御されるほか、システム全体は全体制御部・演算部１００９にて制御される。また、これらのシステムは、固体撮像素子１００４と同一の半導体基板（図１、１０１）上に、同一工程によって形成することも可能である。

以上、光導波路の光の入射面側における幅を広く確保できるため、マイクロレンズに入射した光を効率良く光電変換素子に集光することが可能となる。また、光導波路の光電変換素子側における幅を狭くできるため、パターンの設計自由度が向上する。このことは、より微細化を進める上で有効である。更に、斜め入射光も効率良く光電変換素子に集光できるため、いわゆる明るいレンズと呼ばれるＦ値の低いレンズでも感度の低下が小さく、また、画素周辺部での光量の減少による感度の低下も抑制できる。

リフローしたフォトレジストをエッチングマスクに用いる製造方法によって、集光効率のよい形状の光導波路を形成することが容易となる。また、その形状をより制御よく形成することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、感度が向上した光電変換装置を製造し、提供することが可能となる。また、本発明は、実施例に示した形態に限られず、多くの配線層や絶縁層からなる光電変換装置においても適用可能である。

第１の実施形態の光電変換装置の断面図である。 第１の実施形態の光電変換装置の上面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。 第１の実施形態の光電変換装置の製造工程である。 第１の実施形態の光電変換装置の製造工程である。 第１の実施形態の光電変換装置の製造工程である。 第１の実施形態の光電変換装置の製造工程である。 光電変換装置の断面図である。 マイクロ集光板の断面図である。 光電変換装置を応用した一例の撮像モジュールの構成図である。 光電変換装置を応用した一例のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 光電変換装置の等価回路の一例である。 第２の実施形態の光電変換装置の断面図である。

符号の説明

１０１ 半導体基板
１０２ 光電変換素子
１０３ 素子分離領域
１０４ 第１の絶縁層
１０５ 第１の配線層
１０６ 第２の絶縁層
１０７ 第２の配線層
１０８ 保護層
１０９ フォトレジスト
１１０ 高屈折率領域
１１１ 中間層
１１２ カラーフィルタ層
１１３ 平坦化層
１１４ マイクロレンズ
１１５ 入射光
１２０ エッチングストップ層

Claims (8)

1. 複数の光電変換素子が配され、複数の絶縁層と複数の配線層とが上部に設けられた半導体基板を準備する工程と、前記光電変換素子に対応した開口部を前記複数の絶縁層に形成する工程と、前記開口部に前記複数の絶縁層よりも屈折率の高い高屈折率材料を有する光導波路を形成する工程とを含む光電変換装置の製造方法において、
   前記複数の絶縁層に前記開口部を形成する工程は、前記複数の絶縁層上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジストをパターニングしてフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをリフロー処理によって変形させる工程と、前記変形したフォトレジストパターンをマスクとして、前記複数の絶縁層の一部を選択的に除去する工程を有し、
   前記複数の絶縁層の一部を選択的に除去する工程は、前記開口部が、前記光電変換素子の受光面に垂直な方向の断面において、連続した曲線を有し、前記光電変換素子の受光面に平行な断面積が、前記光電変換素子の受光面から離れるに従って、増大し、前記断面積の増大の割合が連続的に大きくなるように、前記複数の絶縁層の一部が除去されることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
2. 前記光導波路を形成する工程では、前記開口部に高屈折率材料からなる部材を形成する工程と、前記高屈折率材料からなる部材を平坦化する工程とを有する請求項１記載の光電変換装置の製造方法。
3. 前記平坦化する工程は、エッチング、またはＣＭＰによって行われる請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
4. 前記複数の配線層のうち最上の配線層を覆う保護層を形成する工程を有し、
   前記平坦化する工程の終点は、前記保護層である請求項２または３に記載の光電変換装置の製造方法。
5. 前記複数の配線層のうち最上の配線層を覆う保護層を形成する工程を有し、
   前記平坦化する工程の終点は、前記保護層に達する前の前記高屈折率材料からなる部材内である請求項２または３に記載の光電変換装置の製造方法。
6. 前記複数の配線層のうち最上の配線層を覆う保護層を形成する工程を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記保護層は窒化シリコンからなる請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体基板を準備する工程において、前記複数の光電変換素子の上にエッチングストップ層を形成する工程を有し、
   前記複数の絶縁層の一部を選択的に除去する工程では、前記エッチングストップ層まで前記絶縁層の一部をエッチングする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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